¿Por qué las olas del tsunami comienzan con el agua que se aleja de la costa?

Question

Un signo de un tsunami es que el agua se aleja de la orilla y luego vuelve a niveles más altos. Parece que las olas deberían estar polarizadas tanto en + como en - y que algunos tsunamis deberían ir en la dirección opuesta. El primer indicio de ellos sería que el agua comienza a subir. Sin embargo, salvo en situaciones muy cercanas al origen, parece que la ola siempre comienza con el agua alejándose de la costa.

Por ejemplo, el artículo de la wikipedia sobre los tsunamis afirma que:

En el tsunami del Océano Índico de 2004 no se informó de un retroceso en la costa africana ni en ninguna otra de las costas a las que llegó. Esto se debió a que la ola se desplazó hacia abajo en el lado oriental de la línea de falla y hacia arriba en el lado occidental. El pulso occidental golpeó la costa de África y otras zonas occidentales.

Lo anterior se repite ampliamente. Sin embargo, cuando se busca en la literatura científica, se descubre que no es así:

Proc. IASPEI General Assembly 2009, Ciudad del Cabo, Sudáfrica, Hermann M. Fritza, Jose C. Borrerob, "Estudio de campo en Somalia tras el tsunami de diciembre de 2004 en el océano Índico" :

El viceconsejo de habla italiana, Mahad X. Said, de pie en el frente a la mezquita a la llegada del llegada del tsunami (Figura 10a), dio una descripción muy detallada de la secuencia inicial de las olas. Al principio, un 100 m de retroceso, seguido de una por una primera ola que inundaba la playa. A continuación, el agua volvió a retirarse 900 m antes de que la segunda ola inundara parcialmente inundara la ciudad. Por último, el agua se retiró de nuevo a 1.300 m de la costa antes de que la tercera y más poderosa ola arrasara la ciudad. Estos retrocesos corresponden a 0,5-m, 4-m y 6 m de profundidad. El detallado de los numerosos obstáculos se basa en la de los numerosos inconvenientes se basa en las ubicaciones de los pilares de la costa.

Entonces, ¿hay alguna razón física por la que los tsunamis, quizás en distancias más largas, tienden a orientarse de manera que el primer efecto sea una retirada del agua?

Answer 1

La elevación positiva o negativa de la onda principal está relacionada con lo que ha ocurrido en el fondo del océano durante el terremoto. Si el fondo marino se elevó, una cresta debería liderar el tsunami; si se bajó, entonces una depresión lidera.

En el tsunami de Sumatra de 2004, una franja del fondo marino de unos 1000 km x 100 km se hundió unos metros. Otra franja, situada al oeste de la primera y con aproximadamente el mismo tamaño, subió. Por ello, la ola que se desplazó hacia el este (hacia Tailandia) fue conducida por una vaguada. La que se desplaza hacia el oeste, que llega a Sri Lanka, India y África, está dirigida por una cresta.

Esto se ve en la simulación de ese tsunami que se muestra a continuación (por Kenji Satake, del Centro de Investigación de Fallas Activas en Tsukuba, Japón). En las zonas rojas la superficie del agua es más alta de lo normal, y en las azules es más baja.

Una animación similar, con algunos datos añadidos, se encuentra en http://es.ucsc.edu/~ward/indo.mov

Answer 2

Las ondas de agua son bastante complicadas, y las ecuaciones diferenciales que las describen se llaman ecuaciones de Boussenesq. Un tsunami no es una onda transversal. Es una onda de presión con un modo longitudinal. Además, viaja muy rápido, a unos 700 kilómetros por hora. Lo que ocurre es que viaja como una onda de presión en mar abierto, pero cuando llega a una plataforma continental la onda se refleja parcialmente hacia arriba. Esto tiene el efecto de convertirla en una onda transversal, ya que el agua que se desplaza es ahora empujada hacia arriba. Se trata de un proceso muy poco lineal y no es fácil de modelar. Este empuje del agua hacia arriba hace que, en un principio, el agua de la orilla retroceda hacia el exterior. La ola que segundos más tarde llega a la orilla es mucho más lenta, y gran parte de esa energía de la ola se convierte en el imponente frente de ola que la barre.

Answer 3

Voy a simplificar la pregunta. Cuando las grandes olas se acercan a la playa siempre hay una resaca. ¿Se ha visto una "resaca" antes de la resaca?

Mi explicación mientras observaba las olas era que las olas rompen reuniendo masa en una pendiente. Al crecer en altura atraen el agua de forma simétrica, pero hay menos agua por delante, debido a la inclinación, que por detrás, y el agua es aspirada por la cresta de la ola antes de que llegue. Espero que el mismo mecanismo se aplique a la ola del tsunami, que tiene una longitud de onda mucho mayor.

Supongo que los datos de las altas costas rocosas podrían ser esclarecedores. Cuando visité Japón, subí por la costa este desde Tokio y me impresionó que no hubiera instalaciones de playa y que las playas parecieran vertederos. Me dijeron que esto se debía a los tsunamis. Las largas playas terminaban en precipicios de tierra que las dominaban.

Answer 4

Estimado Carl, el retroceso del nivel del mar es una consecuencia inevitable de la conservación de la masa: el agua extra en el tsunami tiene que venir de alguna parte. Viene de ambos lados: de la región que está delante y detrás de la ola.

Por lo tanto, si el nivel del mar está más elevado en alguna parte, es obvio que también debe bajar en ambos lados.

Imagina que tienes un paquete de ondas dado por la función $$ f(x) = \exp(-ax^2) \cos (kx) $$ El valor absoluto máximo de $f(x)$ está en $x=0$ ¿verdad? Ese es el tsunami. Sin embargo, es inevitable que el segundo valor absoluto más alto que aún puede verse esté en el par de los mínimos locales cercanos. Los dos máximos en valores aún más altos de $|x|$ son ya bastante insignificantes.

Answer 5

Sentado en un pub con mis amigos, que afirmaban absurdamente que una ola de tsunami "chupa" el agua de la costa, hice una vez la siguiente demostración: Pasé una regla, de canto, por debajo de una gran servilleta de mesa, levantando la tela en forma de ola. A medida que la regla se acercaba al borde de la servilleta (la línea de costa), la línea de costa retrocedía. Esta demostración no es literalmente correcta, por supuesto, porque implica "succión", pero creo que es útil para imaginar que el agua retrocede (a través de la gravedad) por el gradiente hacia afuera/hacia afuera.